Controllogix PLC冗余系统在汽轮机发电中的应用

Controllogix PLC冗余系统在汽轮机发电中的应用

Controllogix是Rockwell公司在1998年推出AB系列的模块化PLC，代表了当前PLC发展的最高水平，是目前世界上最具有竞争力的控制系统之一，Control- logix将顺序控制、过程控制、传动控制及运动控制、通讯、I/O技术集成在一个平台上，可以为各种工业应用提供强有力的支持，适用于各种场合，最大的特点是可以使用网络将其相互连接，各个控制站之间能够按照客户的要求进行信息的交换。

Controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个控制器框架采用完全相同的配置，它们之间使用同步电缆连接，不仅控制器可以采用热备，通讯网络也可以采用相似的方式进行热备，除以上的部分可以热备外，控制器的电源也可以进行热备，这样大大提高了控制器的运行的可靠性。

2 系统介绍

在某焦化厂干熄焦汽轮机发电项目的DCS控制系统中，采用了冗余的Controllogix，系统结构如图1所示。上位机通过交换机与PLC处理器通讯，远程框架通过冗余的ControlNet连接到控制器框架，同时，远程框架采用了冗余电源配置。整套系统具有很高的可靠性，满足了汽轮机发电系统对于PLC控制部分需要长期无故障运行的要求。上位机采用Rsview32软件，用以监控现场设备的运行。

图1 系统结构图

本地框架由L1和L2 框架构成，运行时L1和L2互为热备，构成了冗余，L1和L2框架各个槽位的所配置的模块如表1所示。R1，R2和R3是远程框架，所有的点号都连接到远程框架的模块，远程框架的供电使用了AB的冗余电源(1756-PAR2)。

表1 L1和L2框架各个槽位的所配置的模块

设置主从控制器框架的1756-CNBR/D的节点地址时应注意，他们的地址拨码应该相同，应该是系统中挂接在冗余ControlNET网上所有节点的最高地址，在本系统里面都设置为4，远程站的节点地址分别为1，2，3。在冗余系统正常运行时，从控制器框架的CNBR/D节点地址会自动加1，变为5。

1757-SRM是用于同步的冗余模块，主从控制器框架的SRM通过光纤连接。正常工作时，1756-L61中所有的程序和数据通过光纤进行同步，在RSLOGIX5000编程中，不必对此模块进行组态。

1756-ENBT是以太网接口模块，通过网线连接到交换机。ENBT的地址分配为两个连续的IP即可， 在这个系统中IP地址分别为192.168.1.11和192.168.1.12。

3 模块的升级

冗余系统中，主控制器框架和从控制器框架上各个模块的版本必须严格一致，并到达到要求的版本号，否则无法正常工作。

当版本不一致时，在RSLinx中可能无法看到从控制器框架上的处理器，同时，从控制器框架的处理器状态指示灯(OK灯)变为红色长亮。因此，一般系统在第一次上电时，需要进行固件升级。根据AB公布的信息，当前一些模块的固件版本如表2所示，这个版本同样适用于1756-L62, 1756-L63。

表2 一些模块的固件版本

上电后，首先在RSLinx中检查模块的版本号，如果与表2不一致，需要到AB网站上去下载这个版本的升级包V13.71 Redundancy Bundle。升级工作需要使用Rockwell的固件升级软件ControlFLASH。

升级前，先要取消SRM的从框架资格，在RSLinx中，从框架比主框架的节点地址大1。从图标上进入1757-SRM的属性，找到Configration的Auto-Synchonization选项，将参数改为NEVER.然后进入Synchonization选项卡，单击Disqualify Secondary(取消从框架资格)，这个时候主从处理器之间就不会同步了。

升级时，先打开一个处理器框架的电源，关闭另一个框架的电源。等1757-SRM显示PRIM后，在RSLinx中可以找到这个框架中的模块。然后使用ControlFLASH分别进行升级。升级完毕后，关闭这个处理器框架的电源，打开另一个框架的电源，也如此进行升级。

升级完毕后，进入1757-SRM的属性，将从控制器设为主控制器，使用RSLogix5000将程序下载到从处理器，关闭机架电源，进入从1757-SRM的属性，选择BecomePrimary,然后进入RSLogix5000的通讯菜单，清除掉故障。完成以上升级工作后，主从控制器框架都上电，然后使用RSNetWorx for ControlNET对网络进行调度。

在正常工作情况下，一般哪一个框架先上电，哪一个就是主框架，另一个是从框架，主框架的1757-SRM会显示PRIM，从框架的会显示SYNC。正常运行时，在SRM属性中可以进行主从的切换。如果显示状态与这个不一致，表示系统同步出现问题，需要进行进行检查，刚上电时因为SRM需要自检，可能要花一些时间。如果同步光纤、ControlNET或者以太网出现连接问题，都有可能导致同步不正常。

在RSLogix5000中进行冗余系统的编程时，只能使用一个连续性任务或几个周期性任务。尽量不要使用SINT和INT型的数据，另外，数据的定义最好都采用数组完成，这样可以提高同步时的效率。在打点和程序调试期间，由于经常下载程序，这个时候容易导致同步出错，最好在1757-SRM中把自动同步选项设为禁用，采用手动的方式进行同步。等调试完毕后，再把这个选项打开，正式将系统投运。

4 RSLinx中的冗余配置

为了保证冗余系统能够和上位机的HMI软件正常通讯，需要在RSLinx中进行冗余配置。

RSLinx中，首先定义两个Topic，分别指向主框架和从框架的处理器，然后，在Alias Topic中，定义一个别名Topic，指向刚才定义的两个Topic，在使用时，HMI中的节点的定义只要指向别名Topic就可以了，当处理器发生主从切换时，HMI仍然可以保持正常的通讯。

5 SRM时间同步

1757-SRM正常运行时，需要对同步过程中发生的事件按照时间顺序进行记录，1757-SRM出厂时的缺省时间不是当前的时间，因此需要对SRM进行时间重新设置。在设置1757-SRM时间时，笔者采用编程的方式将1757-SRM的时间与处理器的时间进行同步，同时，利用AB提供的时间同步工具，笔者可以将处理器的时间与上位机的时间进行同步，这样也就实现了1757-SRM与上位机的时间同步。

在RSLogix5000中添加程序，如图2所示:

图2 RSLogix5000中添加程序

GSV中读出的时间数据写入到WCT(WCT定义为DINT[2].)然后，由MSG把数组WCT的值写入到SRM的时间属性。MSG指令的设置如图3所示。

图3 MSG指令的设置

通讯配置如图4所示。通讯配置的格式为:1，SRM的槽号。

图4 配置显示

这一程序表示从处理器中读出时间，放入到WCT中，然后把WCT的值写入到SRM中。

程序运行后，处理器和SRM的时间就实现同步了。然后在上位机运行时间同步工具。

"C:Program FilesRockwell SoftwareRSLogix 5000 ToolsLogix5000 Clock Update Tool"

先添加设备，从RSWho中选中要同步的处理器。在添加的处理器图标上点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择synchronize device，这样就实现了上位机与CPU的时间同步。那末也就实现了SRM与上位机的时间同步。

如果Controllogix的时间误差较大，但又对SRM的时间要求较高，可以利用时间同步工具的常驻内存运行功能，实现实时的时间同步。在scheduled synchronizations菜单中可以添加需要进行实时时间同步的CPU，同步的时间间隔进行相应的配置后，就可以实现实时的时间同步了。

利用这个原理，通过相应的设置，可以实现同一网络中不同Controllogix处理器之间的时间同步，或者不同SRM之间的时间同步，也可以时间不同网络之间的时间同步。

6 处理器的故障处理

虽然在处理器发生故障时，会导致处理器的切换，但我们可以通过编程来防止可以预见的故障的产生。当处理器在运行过程中出现主要故障时，可以使用程序清除这一故障。

在RSLogix5000的用户自定义类型中，定义一个名为FaultData的数据类型，内部变量的数据类型如图5所示。然后定义一个变量CHI为FaultData。然后如图6所示添加控制器故障处理程序。程序如图7所示。

图5 FaultData内部变量的数据类型

图6 添加控制器故障处理程序

图7 控制区故障处理程序

通过以上程序可以很好的防止处理器主要故障的发生。一般次要故障不会引起处理器停机和冗余的切换，因此次要故障的处理程序不是很有必要。

7 结束语

自从该汽轮机发电系统投产后，本系统运行稳定可靠，没有出现因为故障导致的切换，通过上位机上开发的Rsview32应用，除对工艺设备进行监视外，对PLC的冗余状态也能在线监视，整套系统可以做到长期免维护运行。